本发明属于应力测量领域，具体涉及一种岩土体拉剪与压剪耦合应力测量方法，该测量方法通过专用测量装置进行，通过同一测试装置能够实现岩土体结构面法向只受周期循环的压应力，切向只受周期循环的单面剪应力，法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法；岩土体结构面法向只受周期循环的拉应力，切向只受周期循环的单面剪应力；岩土体结构面法向受周期循环的拉‑压应力，切向只受周期循环的单面剪应力；岩土体结构面法向只受周期循环的压应力，切向受周期循环的双面剪应力；岩土体结构面法向只受周期循环的拉应力，切向受周期循环的双面剪应力，岩土体结构面法向受周期循环的拉‑压应力，切向受周期循环的双面剪应力的试验方法。
1.一种岩土体拉剪与压剪耦合应力测量方法，其特征在于，包括专用测量装置，所述专用测量装置包括自上而下依次设置的上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒内设置有第一岩土体结构，所述下剪切盒内设置有第二岩土体结构，所述第一岩土体结构与所述第二岩土体结构之间接触形成岩土体结构面；所述上剪切盒顶部设置有第一应力组件，所述第一应力组件包括力传感器、位移传感器，位于所述上剪切盒顶部连接有上连杆，上连杆的端部通过上销钉连接有上曲柄，上曲柄的端部连接有上马达；
所述下剪切盒的左侧壁设置有第二应力组件，所述第二应力组件包括力传感器、位移传感器，位于所述下剪切盒左侧连接有左连杆，左连杆的端部通过左销钉连接有左曲柄，左曲柄的端部连接有左马达；
a. 岩土体结构面法向只受周期循环的压应力，切向只受周期循环的单面剪应力，法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法，N大于0；
b. 岩土体结构面法向受周期循环的拉应力，切向只受周期循环的单面剪应力的试验方法；
c. 岩土体结构面法向受周期循环的拉‑压应力，切向只受周期循环的单面剪应力的试验方法；
d. 岩土体结构面法向只受周期循环的压应力，切向受周期循环的双面剪应力的试验方法；
e. 岩土体结构面法向只受周期循环的拉应力，切向受周期循环的双面剪应力的试验方法；
f. 岩土体结构面法向受周期循环的拉‑压应力，切向受周期循环的双面剪应力的试验方法；其中，b‑f中，法向与切向的循环周期符合a工况；
上述六种实验方法均需满足w 1=n w 2，n＞0；w 1表示切向转速，w 2表示法向转速，且根据基本公式：；
能够分别推导得到岩土体在法向荷载作用下的位移v的表达式和岩土体在切向荷载作用下的位移u的表达式；其中，AO表示连杆与剪切盒的交点到曲柄马达圆心的距离；r：曲柄的长度；l：连杆的长度；α：AO连线与曲柄的夹角；β：AO连线与连杆的夹角；w：曲柄马达转动的角速度；t：马达运动的时间。
2.根据权利要求1所述的岩土体拉剪与压剪耦合应力测量方法，其特征在于，所述基本公式： ；
根据所述测量装置中不同剪切盒上，曲柄、连杆之间的任意状态进行推导；推导的具体方法为：;
3.根据权利要求2所述的岩土体拉剪与压剪耦合应力测量方法，其特征在于，岩土体结构面在方式a的情况下，且法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法的步骤为：S1.1、调整上曲柄与上连杆的连线位于铅锤方向，且其连接的上销钉位于上曲柄所绕圆周的最顶端，法向荷载通过控制所述上马达的转动和所述上剪切盒施加于所述岩土体结构面上；调整左曲柄与左连杆位于水平方向，且其连接的左销钉位于左曲柄所绕圆周的最左端，切向荷载通过控制所述左马达的转动和所述下剪切盒施加于所述岩土体结构面上；
S1.2、令w1=nw2，则岩土体在法向载荷作用下运动的位移表达式为：，
通过上马达的转动，岩土体位移由最初的0位置推送至最大值2r2位置，然后再回拉到0位置；岩土体在切向载荷作用下运动的位移表达式为：；
通过左马达的转动由最初的0位置推送至最大值2r1位置，然后再回拉到0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；
4.根据权利要求2所述的岩土体拉剪与压剪耦合应力测量方法，其特征在于，岩土体结构面在方式b的情况下，且法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法的步骤为：S 2.1、调整上曲柄与上连杆的连线位于铅锤方向，且其连接的上销钉位于上曲柄所绕圆周的最底端，法向荷载通过控制所述上马达的转动和所述上剪切盒施加于所述岩土体结构面上；调整左曲柄与左连杆位于水平方向，且其连接的左销钉位于左曲柄所绕圆周的最左端，切向荷载通过控制所述左马达的转动和所述下剪切盒施加于所述岩土体结构面上；
S2.2、法向和切向的马达按照相同的转速进行转动，岩土体在法向荷载作用下运动的位移表达式为： ，通过上马达的转动，岩土体位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑2r2，然后再推送至0位置；岩土体在切向荷载作用下运动的位移表达式为：，
通过左马达的转动由最初的0位置推送至最大值2r1位置，然后再回拉到0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；
所述上、下剪切盒位移的最大值根据试验要求而定，但必须w1=nw2；试验过程中由所述力传感器和所述位移传感器记录试验数据。
5.根据权利要求2所述的岩土体拉剪与压剪耦合应力测量方法，其特征在于，岩土体结构面在方式c的情况下，且法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法的步骤为：S 3.1、调整上曲柄垂直于法向方向，且其与上连杆连接的上销钉位于上曲柄所绕圆周的最左端，法向荷载通过控制所述上马达的转动和所述上剪切盒施加于所述岩土体结构面上；调整左曲柄与左连杆位于水平方向，且其连接的左销钉位于左曲柄所绕圆周的最左端，切向荷载通过控制所述左马达的转动和所述下剪切盒施加于所述岩土体结构面上；
S 3.2、法向和切向的马达按照相同的转速进行转动，岩土体在法向荷载作用下运动的位移表达式为： ,通过上马达的转动，岩土体位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r2位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r2位置，然后再回拉至0位置；岩土体在切向荷载作用下运动的位移表达式为： ，通过左马达的转动由最初的0位置推送至最大值2r1位置，然后再回拉到0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒最大位移值根据试验要求而定，但必须w1=nw2；试验过程中由所述力传感器和所述位移传感器记录试验数据。
6.根据权利要求2所述的岩土体拉剪与压剪耦合应力测量方法，其特征在于，岩土体结构面在方式d的情况下，且法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法的步骤为：S 4.1、调整上曲柄与上连杆的连线位于铅锤方向，且其连接的上销钉位于上曲柄所绕圆周的最顶端，法向荷载通过控制所述上马达的转动和所述上剪切盒施加于所述岩土体结构面上；调整左曲柄垂直于水平方向，且其与左连杆连接的左销钉位于左曲柄所绕圆周的最底端，切向荷载通过控制所述左马达的转动和所述下剪切盒施加于所述岩土体结构面上；
S 4.2、法向和切向的马达按照相同的转速进行转动，岩土体在法向荷载作用下运动的位移表达式为： ,通过上马达的转动由最初的0位置推送至最大值2r2位置，然后再回拉到0位置；岩土体在切向荷载作用下运动的位移表达式为： ，通过左马达的转动，岩土体位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r1位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r1，然后再回拉至0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒位移的最大值根据试验要求而定，但必须w1=nw2；试验过程中由所述力传感器和所述位移传感器记录试验数据。
7.根据权利要求2所述的岩土体拉剪与压剪耦合应力测量方法，其特征在于，岩土体结构面在方式e的情况下，且法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法的步骤为：S 5.1、调整上曲柄与上连杆的连线位于铅锤方向，且其连接的上销钉位于上曲柄所绕圆周的最底端，法向荷载通过控制所述上马达的转动和所述上剪切盒施加于所述岩土体结构面上；调整左曲柄垂直于水平方向，且其与左连杆连接的左销钉位于左曲柄所绕圆周的最底端，切向荷载通过控制所述左马达的转动和所述下剪切盒施加于所述岩土体结构面上；
S 5.2、法向和切向的马达按照相同的转速接通电源，岩土体在法向荷载作用下运动的位移表达式为： ,通过上马达的转动，岩土体位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑2r2，然后再推送至0位置；岩土体在切向荷载作用下运动的位移表达式为：，通过左马达的转动，岩土
体位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r1位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r1，然后再回拉至0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒位移的最大值根据试验要求而定，但必须w1=nw2；试验过程中由所述力传感器和所述位移传感器记录试验数据。
8.根据权利要求2所述的岩土体拉剪与压剪耦合应力测量方法，其特征在于，岩土体结构面在方式f的情况下，且法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法的步骤为：S 6.1、调整上曲柄垂直于法向方向，且其与上连杆连接的上销钉位于上曲柄所绕圆周的最左端，法向荷载通过控制所述上马达的转动和所述上剪切盒施加于所述岩土体结构面上；调整左曲柄垂直于水平方向，且其与左连杆连接的左销钉位于左曲柄所绕圆周的最底端，切向荷载通过控制所述左马达的转动和所述下剪切盒施加于所述岩土体结构面上；
S 6.2、岩土体在法向荷载作用下运动的位移表达式为：
通过上马达的转动，岩土体位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r2位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r2位置，然后再回拉至0位置；岩土体在切向荷载作用下运动的位移表达式为：，
通过左马达的转动，岩土体位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r1位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r1，然后再回拉至0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒位移的最大值根据动试验要求而定，但必须w1=nw2；试验过程中由所述力传感器和所述位移传感器记录试验数据。
一种岩土体拉剪与压剪耦合应力测量方法
技术领域
[0001] 本发明属于应力测量技术领域，特别涉及一种岩土体拉剪与压剪耦合应力测量方法。
背景技术
[0002] 作为一种常见的不良地质现象，地震灾害频繁发生于地球各个角落，给所在地区的构建筑物正常使用以及人民生命、财产安全带来严重威胁。大量震后调查和研究表明，地震作用既是冲击荷载又是振动荷载。作为冲击荷载，应力等地震响应以冲击波的形式传播，加之边坡表面以及岩土结构面反射和折射作用，导致山区边坡不同高度和部位的地震响应不同，导致边坡高位滑坡、抛射以及拉裂缝与剪切带并存的张拉‑剪切破坏等形式独特的地震滑坡破坏。作为振动荷载，地震响应具有振动效应。岩土体及其赋存的结构面或滑裂面在振动过程中发生应变软化，导致材料强度下降、边坡抵抗失稳的能力逐渐降低。因此，开展地震作用下岩土体结构面力学特性与强度劣化规律的试验研究具有重要的工程价值和科学意义。
[0003] 与上述试验研究相关的仪器设备主要包括直剪试验仪，以及参照直剪仪研发出的土结接触界面测试仪等。但上述试验装置均建立在岩土体压剪破坏的基础上，仅能进行恒定压应力下的切向应力测试（并获得材料抗剪强度指标），对于高填方地震边坡拉剪与压剪耦合受力状态下的应力测试比较受限。并且，地震作用作为一种振动荷载，岩土体在其作用下的周期性强度劣化特性（包括法向方向和切向方向）难以通过现有设备和方法进行测试。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的不足，提供一种岩土体拉剪与压剪耦合应力测量方法。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
[0006] 一种岩土体拉剪与压剪耦合应力测量方法，包括专用测量装置，所述专用测量装置包括自上而下依次设置的上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒内设置有第一岩土体结构，所述下剪切盒内设置有第二岩土体结构，所述第一岩土体结构与所述第二岩土体结构之间接触形成岩土体结构面；所述上剪切盒顶部设置有第一应力组件，所述第一应力组件包括力传感器、位移传感器，位于所述上剪切盒顶部连接有上连杆，上连杆的端部通过上销钉连接有上曲柄，上曲柄的端部连接有上马达；所述下剪切盒的左侧壁设置有第二应力组件，所述第二应力组件包括力传感器、位移传感器，位于所述下剪切盒左侧连接有左连杆，左连杆的端部通过左销钉连接有左曲柄，左曲柄的端部连接有左马达；
[0007] 应用所述测量装置能够进行如下试验：
[0008] a. 岩土体结构面法向只受周期循环的压应力，切向只受周期循环的单面剪应力，法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法；N＞0，周期倍数关系具体根据岩土体正向与切向的动力荷载周期而定；例如 N=0.5、1、2中的任意一种：
[0009] b. 岩土体结构面法向受周期循环的拉应力，切向只受周期循环的单面剪应力的试验方法；
[0010] c. 岩土体结构面法向受周期循环的拉‑压应力，切向只受周期循环的单面剪应力的试验方法；
[0011] d. 岩土体结构面法向只受周期循环的压应力，切向受周期循环的双面剪应力的试验方法；
[0012] e. 岩土体结构面法向只受周期循环的拉应力，切向受周期循环的双面剪应力的试验方法；
[0013] f. 岩土体结构面法向受周期循环的拉‑压应力，切向受周期循环的双面剪应力的试验方法；其中，b‑f中，法向与切向的循环周期符合T1=NT2；上述六种实验方法均需满足w1=nw2；n＞0；w 1表示切向转速，w 2表示法向转速；
[0014] 且根据基本公式： ；能够分别推导得到岩土体在法向荷载作用下的位移v的表达式和岩土体在切向荷载作用下的位移u的表达式；其中，AO表示连杆与剪切盒的交点到曲柄马达圆心的距离；r：曲柄的长度；l：连杆的长度；α：AO连线与曲柄的夹角；β：AO连线与连杆的夹角；w：马达转动的角速度；t：马达运动的时间。
[0015] 优选的，所述基本公式：
[0016] 根据所述测量装置中不同剪切盒上曲柄、连杆之间的任意状态进行推导；推导的具体方法为：
[0017]
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]
[0023] 由 于AO不可 能为负值 ，。
[0024] 优选的，岩土体结构面在方式a的情况下，且法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法的步骤为：S1.1、调整上曲柄与上连杆的连线位于铅锤方向，且其连接的上销钉位于上曲柄所绕圆周的最顶端，法向荷载通过控制所述上马达的转动和所述上剪切盒施加于所述岩土体结构面上；调整左曲柄与左连杆位于水平方向，且其连接的左销钉位于左曲柄所绕圆周的最左端，切向荷载通过控制所述左马达的转动和所述下剪切盒施加于所述岩土体结构面上；
[0025] S1.2、令w1=nw2，则岩土体在法向载荷作用下运动的位移表达式为：
[0026] ,通过上马达的转动，岩土体位移由最初的0位置推送至最大值2r2位置，然后再回拉到0位置；岩土体在切向荷载作用下运动的位移表达式为： ，通
过左马达的转动由最初的0位置推送至最大值2r1位置，然后再回拉到0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；
[0027] 所述上、下剪切盒的位移最大值根据试验要求而定，但必须要求w1=nw2；
[0028] 试验过程中由所述力传感器和所述位移传感器记录试验数据。
[0029] 优选的，所述岩土体结构面法在方式b的情况下，且法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法的步骤为：
[0030] 首先，调整上曲柄与上连杆的连线位于铅锤方向，且其连接的上销钉位于上曲柄所绕圆周的最底端，法向荷载通过控制所述上马达的转动和所述上剪切盒施加于所述岩土体结构面上；调整左曲柄与左连杆位于水平方向，且其连接的左销钉位于左曲柄所绕圆周的最左端，切向荷载通过控制所述左马达的转动和所述下剪切盒施加于所述岩土体结构面上；
[0031] 然后，令w1=nw2，岩土体在法向荷载作用下运动的位移表达式为：
[0032] ,通过上马达的转动，岩土体位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑2r2，然后再推送至0位置；岩土体在切向荷载作用下运动的位移表达式为： ，通过左马
达的转动由最初的0位置推送至最大值2r1位置，然后再回拉到0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒位移的最大值根据试验要求而定，但必须w1=nw2；试验过程中由所述力传感器和所述位移传感器记录试验数据。
[0033] 优选的，所述岩土体结构面在方式c的情况下，且法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法的步骤为：
[0034] 首先，调整上曲柄垂直于法向方向，且其与上连杆连接的上销钉位于上曲柄所绕圆周的最左端，法向荷载通过控制所述上马达的转动和所述上剪切盒施加于所述岩土体结构面上；调整左曲柄与左连杆位于水平方向，且其连接的左销钉位于左曲柄所绕圆周的最左端，切向荷载通过控制所述左马达的转动和所述下剪切盒施加于所述岩土体结构面上；
[0035] 然后，令w1=nw2，岩土体在法向荷载作用下运动的位移表达式为：
[0036] ,通过上马达的转动由最初的0位置推送至最大值2r2位置，然后再回拉到0位置；岩土体在切向荷载作用下运动的位移表达式为： ，通过左马
达的转动，岩土体位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r1位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r1，然后再回拉至0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒位移的最大值根据试验要求而定，但必须w1=nw2；试验过程中由所述力传感器和所述位移传感器记录试验数据。
[0037] 优选的，所述岩土体结构面在方式e的情况下，且法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法的步骤为：
[0038] 首先，调整上曲柄与上连杆的连线位于铅锤方向，且其连接的上销钉位于上曲柄所绕圆周的最底端，法向荷载通过控制所述上马达的转动和所述上剪切盒施加于所述岩土体结构面上；调整左曲柄垂直于水平方向，且其与左连杆连接的左销钉位于左曲柄所绕圆周的最底端，切向荷载通过控制所述左马达的转动和所述下剪切盒施加于所述岩土体结构面上；
[0039] 然后，令w1=nw2，接通电源，岩土体在法向荷载作用下运动的位移表达式为：
[0040] ,通过上马达的转动，岩土体位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑2r2，然后再推送至0位置；岩土体在切向荷载作用下运动的位移表达式为：
[0041] ，通过左马达的转动，岩土体位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r1位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r1，然后再回拉至0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒位移的最大值根据试验要求而定，但必须w1=nw2；试验过程中由所述力传感器和所述位移传感器记录试验数据。
[0042] 优选的，所述岩土体结构面在方式f的情况下，且法向与切向的循环周期符合T1=NT2的试验方法的步骤为：
[0043] 首先，调整上曲柄垂直于法向方向，且其与上连杆连接的上销钉位于上曲柄所绕圆周的最左端，法向荷载通过控制所述上马达的转动和所述上剪切盒施加于所述岩土体结构面上；调整左曲柄垂直于水平方向，且其与左连杆连接的左销钉位于左曲柄所绕圆周的最底端，切向荷载通过控制所述左马达的转动和所述下剪切盒施加于所述岩土体结构面上；
[0044] 然后，令w1=nw2，岩土体在法向荷载作用下运动的位移表达式为：
[0045] ,通过上马达的转动，岩土体位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r2位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r2位置，然后再回拉至0位置；岩土体在切向荷载作用下运动的位移表达式为：
，通过左马达的转动，岩土
体位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r1位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r1，然后再回拉至0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒位移的最大值根据动试验要求而定，但必须w1=nw2；试验过程中由所述力传感器和所述位移传感器记录试验数据。
[0046] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0047] 1、通过调整上曲柄和左曲柄初始时的不同位置，改变岩土体受到的上荷载和左荷载下的应力路径，进而开展岩土体及其赋存结构面或节理的拉剪耦合应力测试、压剪耦合应力测试或单一方向上循环荷载作用下的应力和强度测试等多种情况下的测试，从而获取不同受力状态下的岩土体力学特性和强度劣化规律。
[0048] 2、通过曲柄旋转加载方式产生的非线性曲线式荷载，与岩土体在地震滑坡等自然灾害下所受到的冲击波荷载相对吻合，更能符合岩土体破坏的实际工况。
[0049] 3、通过采用上曲柄，既能够产生压应力，又能产生拉应力，左曲柄既能产生向左的剪切力，又能产生向右的剪切力，两个曲柄构造简单，方便研究多种试验工况，获得岩土体剪切力学参数，完善岩土体拉剪与压剪等复杂应力状态下下的本构关系和强度准则，具有重要的理论价值和工程现实意义。
附图说明
[0050] 图1为本发明中公式推导示意图；
[0051] 图2为本发明中连杆和曲柄处于任意位置示意图；
[0052] 图3为本发明岩土体结构面法向只受周期循环的压应力，切向只受周期循环的单面剪应力，且法向与切向的循环周期相等（T1=T2）的试验示意图；
[0053] 图4为图三中岩土体切向位移图；
[0054] 图5为图三中岩土体法向位移图；
[0055] 图6为本发明岩土体结构面法向只受周期循环的拉应力，切向只受周期循环的单面剪应力，且法向与切向的循环周期相等（T1=T2）的试验示意图；
[0056] 图7为图6中岩土体切向位移图；
[0057] 图8为图6中岩土体法向位移图；
[0058] 图9为本发明岩土体结构面法向受周期循环的拉‑压应力，切向只受周期循环的单面剪应力，且法向与切向的循环周期相等（T1=T2）的试验示意图；
[0059] 图10为图9中岩土体切向位移图；
[0060] 图11为图9中岩土体法向位移图；
[0061] 图12为本发明岩土体结构面法向只受周期循环的压应力，切向受周期循环的双面剪应力，且法向与切向的循环周期相等（T1=T2）的试验示意图；
[0062] 图13为图12中岩土体切向位移图；
[0063] 图14为图12中岩土体法向位移图；
[0064] 图15为本发明岩土体结构面法向只受周期循环的拉应力，切向受周期循环的双面剪应力，且法向与切向的循环周期相等（T1=T2）的试验示意图；
[0065] 图16为图15中岩土体切向位移图；
[0066] 图17为图15中岩土体法向位移图；
[0067] 图18为本发明岩土体结构面法向受周期循环的拉‑压应力，切向受周期循环的双面剪应力，且法向与切向的循环周期相等（T1=T2）的试验示意图；
[0068] 图19为图18中岩土体切向位移图；
[0069] 图20为图18中岩土体法向位移图；
[0070] 图中编号说明：1‑左马达，2‑左曲柄，3‑左连杆，4‑力传感器，5‑位移传感器，6‑下剪切盒，7‑岩土体结构面，8‑上剪切盒，9‑左销钉，10‑上销钉，11‑上连杆，13‑上曲柄，14‑上马达。
具体实施方式
[0071] 实施例1
[0072] 本实施例公开一种用于专用测量装置，如图2所示；所述测量装置包括自上而下依次设置的上剪切盒8和下剪切盒6，所述上剪切盒8内设置有第一岩土体结构，所述下剪切盒6内设置有第二岩土体结构，所述第一岩土体结构与所述第二岩土体结构之间接触形成岩土体结构面7；
[0073] 所述上剪切盒8顶部设置有第一应力组件，所述第一应力组件包括力传感器4、位移传感器5，位于所述上剪切盒8顶部连接有上连杆11，上连杆11的端部通过上销钉10连接有上曲柄13，上曲柄13的端部连接有上马达14；所述下剪切盒6的左侧壁设置有第二应力组件，所述第二应力组件包括力传感器4、位移传感器5，位于所述下剪切盒6左端连接有左连杆3，左连杆3的端部通过左销钉9连接有左曲柄2，左曲柄2的端部连接有左马达1。左马达1和上马达14分别带动左曲柄2和上曲柄13做圆周运动。
[0074] 实施例2
[0075] 为方便在具体实施例中表达所述公式，下面将基于图1中的曲柄连杆机构处于任意状态下的基本公式推导过程如下：
[0076]
[0077]
[0078]
[0079]
[0080]
[0081]
[0082]
[0083] 由于AO不可能为负值，
[0084] 公式中的字母含义如下:AO:连杆与剪切盒的交点到曲柄马达圆心的距离；r：曲柄的长度；l：连杆的长度；α：AO连线与曲柄的夹角；β：AO连线与连杆的夹角；w：曲柄马达转动的角速度；t：马达运动的时间。
[0085] 实施例3
[0086] 请参考图3‑5，岩土体结构面7法向只受周期循环的压应力，切向只受周期循环的单面剪应力，且法向与切向的循环周期相等（T1=T2）的试验方法，步骤为：
[0087] 首先，调整上曲柄13与上连杆11的连线位于铅锤方向，且其连接的上销钉10位于上曲柄13所绕圆周的最顶端，法向荷载通过控制所述上马达14的转动和所述上剪切8盒施加于所述岩土体结构面7上；调整左曲柄2与左连杆3位于水平方向，且其连接的左销钉9位于左曲柄2所绕圆周的最左端，切向荷载通过控制所述左马达1的转动和所述下剪切盒6施加于所述岩土体结构面7上；
[0088] 然后，法向和切向的马达按照相同的转速进行转动，根据所述基本公式：
[0089] ，结合此时上曲柄13和上连杆11所处的初始位置，可以推导得到岩土体在法向荷载作用下的位移表达式为：
[0090] 公式中的字母含义如下:
[0091] v：法向方向上剪切盒8的位移
[0092] r2：上曲柄13的长度
[0093] l2：上连杆11的长度
[0094] w2：上马达14转动的角速度
[0095] t：上马达14运动的时间
[0096] 通过上马达14的转动，岩土体在法向的位移由最初的0位置推送至最大值2r2位置，然后再回拉到0位置；根据所述基本公式
[0097] ，结合此时左曲柄2和左连杆3所处的初始位置，可以推导得到岩土体在切向荷载作用下的位移表达式为:
[0098] 公式中的字母含义如下:
[0099] u：切向方向下剪切盒6的位移值
[0100] r1：左曲柄2的长度
[0101] l1：左连杆3的长度
[0102] w1：左马达1转动的角速度
[0103] t：左马达1运动的时间
[0104] 通过左马达1的转动，岩土体在切向方向的位移由最初的0位置推送至最大值2r1位置，然后再回拉到0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒的位移最大值根据试验要求而定，但必须要求w1=w2；试验过程中由所述力传感器4和所述位移传感器5记录试验数据。
[0105] 实施例4
[0106] 请参考图6‑8，岩土体结构面7法向只受周期循环的拉应力，切向只受周期循环的单面剪应力，且法向与切向的循环周期相等（T1=T2）的试验方法，步骤为：
[0107] 首先，调整上曲柄13与上连杆11的连线位于铅锤方向，且其连接的上销钉10位于上曲柄13所绕圆周的最底端，法向荷载通过控制所述上马达14的转动和所述上剪切盒8施加于所述岩土体结构面7上；调整左曲柄2与左连杆3位于水平方向，且其连接的左销钉9位于左曲柄2所绕圆周的最左端，切向荷载通过控制所述左马达1的转动和所述下剪切盒6施加于所述岩土体结构面7上；
[0108] 然后，法向和切向的马达按照相同的转速进行转动，根据所述基本公式：，结合此时上曲柄13和上连杆11所处的初始位置，可以
推导得到岩土体在法向荷载作用下的位移表达式为
[0109] 公式中的字母含义如下:
[0110] v：法向方向上剪切盒8的位移
[0111] r2：上曲柄13的长度
[0112] l2：上连杆11的长度
[0113] w2：上马达14转动的角速度
[0114] t：上马达14运动的时间
[0115] 通过左马达1的转动，岩土体法向位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑2r2位置，然后再推送至0位置；根据所述基本公式
[0116] ，结合此时左曲柄2和左连杆3所处的初始位置，可以推导得到岩土体在切向荷载作用下运动的位移表达式为
[0117]
[0118] 公式中的字母含义如下:
[0119] u：切向方向下剪切盒6的位移值
[0120] r1：左曲柄2的长度
[0121] l1：左连杆3的长度
[0122] w1：左马达1转动的角速度
[0123] t：左马达1运动的时间
[0124] 通过左马达1的转动，岩土体切向位移由最初的0位置推送至最大值2r1位置，然后再回拉到0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒位移的最大值根据试验要求而定，但必须w1=w2；试验过程中由所述力传感器4和所述位移传感器5记录试验数据。
[0125] 实施例5
[0126] 请参考图9‑11，岩土体结构面7法向受周期循环的拉‑压应力，切向只受周期循环的单面剪应力，且法向与切向的循环周期相等（T1=T2）的试验方法，步骤为：
[0127] 首先，调整上曲柄13垂直于法向方向，且其与上连杆11连接的上销钉10位于上曲柄13所绕圆周的最左端，法向荷载通过控制所述上马达14的转动和所述上剪切盒8施加于所述岩土体结构面7上；调整左曲柄2与左连杆3位于水平方向，且其连接的左销钉9位于左曲柄2所绕圆周的最左端，切向荷载通过控制所述左马达1的转动和所述下剪切盒6施加于所述岩土体结构面7上；
[0128] 然后，法向和切向的马达按照相同的转速进行转动，根据所述基本公式：
[0129] ，结合此时上曲柄13和上连杆11所处的初始位置，可以推导得到岩土体在法向荷载作用下的位移表达式为
[0130] 公式中的字母含义如下:
[0131] v：法向方向上剪切盒8的位移
[0132] r2：上曲柄13的长度
[0133] l2：上连杆11的长度
[0134] w2：上马达14转动的角速度
[0135] t：上马达14运动的时间
[0136] 通过上马达14的转动，岩土体法向位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r2位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r2位置，然后再回拉至0位置；根据所述基本公式，结合此时左曲柄2和左连杆3所处的初始位置，可以推导得到岩土体在切向荷载作用下的位移表达式为
[0137] 公式中的字母含义如下:
[0138] u：切向方向下剪切盒6的位移值
[0139] r1：左曲柄2的长度
[0140] l1：左连杆3的长度
[0141] w1：左马达1转动的角速度
[0142] t：左马达1运动的时间
[0143] 通过左马达1的转动，岩土体切向位移由最初的0位置推送至最大值2r1位置，然后再回拉到0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒最大位移值根据试验要求而定，但必须w1=w2；试验过程中由所述力传感器4和所述位移传感器5记录试验数据。
[0144] 实施例6
[0145] 请参考图12‑1418‑20，岩土体结构面7法向只受周期循环的压应力，切向受周期循环的双面剪应力，且法向与切向的循环周期相等（T1=T2）的试验方法，步骤为：
[0146] 首先，调整上曲柄13与上连杆11的连线位于铅锤方向，且其连接的上销钉10位于上曲柄13所绕圆周的最顶端，法向荷载通过控制所述上马达14的转动和所述上剪切盒8施加于所述岩土体结构面7上；调整左曲柄2位于铅锤方向，且其与左连杆3连接的左销钉9位于左曲柄2所绕圆周的最底端，切向荷载通过控制所述左马达1的转动和所述下剪切盒6施加于所述岩土体结构面7上；
[0147] 然后，法向和切向的马达按照相同的转速进行转动，根据所述基本公式：，结合此时上曲柄13和上连杆11所处的初始位置，可以
推导得到岩土体在法向荷载作用下的位移表达式为
[0148] 公式中的字母含义如下:
[0149] v：法向方向上剪切盒8的位移
[0150] r2：上曲柄13的长度
[0151] l2：上连杆11的长度
[0152] w2：上马达转动的角速度
[0153] t：上马达14运动的时间
[0154] 通过上马达14的转动，岩土体法向位移由最初的0位置推送至最大值2r2位置，然后再回拉到0位置；根据所述基本公式
[0155] ，结合此时左曲柄2和左连杆3所处的初始位置，可以推导得到岩土体在切向荷载作用下的位移表达式为
[0156] 公式中的字母含义如下:
[0157] u：切向方向下剪切盒6的位移值
[0158] r1：左曲柄2的长度
[0159] l1：左连杆3的长度
[0160] w1：左马达1转动的角速度
[0161] t：左马达1运动的时间
[0162] 通过左马达1的转动，岩土体切线位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r1位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r1，然后再回拉至0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒位移的最大值根据试验要求而定，但必须w1=w2；试验过程中由所述力传感器4和所述位移传感器5记录试验数据。
[0163] 实施例7
[0164] 请参考图15‑17，岩土体结构面7法向只受周期循环的拉应力，切向受周期循环的双面剪应力，且法向与切向的循环周期相等（T1=T2）的试验方法，步骤为：
[0165] 首先，调整上曲柄13与上连杆11的连线位于铅锤方向，且其连接的上销钉10位于上曲柄13所绕圆周的最底端，法向荷载通过控制所述上马达14的转动和所述上剪切盒8施加于所述岩土体结构面7上；调整左曲柄2垂直于水平方向，且其与左连杆3连接的左销钉位9于左曲柄2所绕圆周的最底端，切向荷载通过控制所述左马达的1转动和所述下剪切盒6施加于所述岩土体结构面7上；
[0166] 然后，法向和切向的马达按照相同的转速进行转动，根据所述基本公式：
[0167] ，结合此时上曲柄13和上连杆11所处的初始位置，可以推导得到岩土体在法向荷载作用下的位移表达式为
[0168] 公式中的字母含义如下:
[0169] v：法向方向上剪切盒8的位移
[0170] r2：上曲柄13的长度
[0171] l2：上连杆11的长度
[0172] w2：上马达14转动的角速度
[0173] t：上马达14运动的时间
[0174] 通过上马达14的转动，岩土体法向位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑2r2位置，然后再推送至0位置；根据所述基本公式 ，结合此时左曲柄2和左连杆3所处的初始位置，可以推导得到岩土体在切向荷载作用下的位移表达式为
[0175]
[0176] 公式中的字母含义如下:
[0177] u：切向方向下剪切盒6的位移值
[0178] r1：左曲柄2的长度
[0179] l1：左连杆3的长度
[0180] w1：左马达2转动的角速度
[0181] t：左马达1运动的时间
[0182] 通过左马达1的转动，岩土体切向位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r1位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r1位置，然后再回拉至0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒位移的最大值根据试验要求而定，但必须w1=w2；试验过程中由所述力传感器4和所述位移传感器5记录试验数据。
[0183] 实施例8
[0184] 请参考图18‑20，岩土体结构面7法向受周期循环的拉‑压应力，切向受周期循环的双面剪应力，且法向与切向的循环周期相等（T1=T2）的试验方法，步骤为：
[0185] 首先，调整上曲柄13垂直于法向方向，且其与上连杆11连接的上销钉10位于上曲柄所13绕圆周的最左端，法向荷载通过控制所述上马达14的转动和所述上剪切盒8施加于所述岩土体结构面7上；调整左曲柄2垂直于水平方向，且其与左连杆3连接的左销钉9位于左曲柄2所绕圆周的最底端，切向荷载通过控制所述左马达1的转动和所述下剪切盒6施加于所述岩土体结构面7上；
[0186] 然后，法向和切向的马达按照相同的转速进行转动，根据所述基本公式：
[0187] ，结合此时上曲柄13和上连杆11所处的初始位置，可以推导得到岩土体在法向荷载作用下的位移表达式为
[0188] 公式中的字母含义如下:
[0189] v：法向方向上剪切盒8的位移
[0190] r2：上曲柄13的长度
[0191] l2：上连杆11的长度
[0192] w2：上马达14转动的角速度
[0193] t：上马达14运动的时间
[0194] 通过上马达14的转动，岩土体法向位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r2位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r2位置，然后再回拉至0位置；根据所述基本公式，结合此时左曲柄2和左连杆3所处的初始位置，可以推导得到岩土体在切向荷载作用下的位移表达式为：
[0195] 公式中的字母含义如下:
[0196] u：切向方向下剪切盒6的位移值
[0197] r1：左曲柄2的长度
[0198] l1：左连杆3的长度
[0199] w1：左马达1转动的角速度
[0200] t：左马达1运动的时间
[0201] 通过左马达1的转动，岩土体切向位移由最初的0位置回拉至负向最大值‑r1位置后转为推出，经过0位置后到达正向最大值r1位置，然后再回拉至0位置；法向和切向都在重复上述推出和回拉的运动过程，直至移动的循环次数达到预设值时停止试验；所述上、下剪切盒位移的最大值根据动试验要求而定，但必须w1=w2；试验过程中由所述力传感器4和所述位移传感器5记录试验数据。
